CN107117883A - 一种先截水后透水的铺面砖及其制备方法 - Google Patents

Abstract

一种先截水后透水的铺面砖及其制备方法，包括可储水的砖内多孔实体，五面密实不透水包围结构和通透管。所述通透管预埋在可储水的砖内多孔实体内，砖内多孔实体外设有五面密实不透水包围结构。雨水和地面径流从砖顶部进入，先储存于砖内多孔实体，即该铺面砖有截水功能。在铺面砖内部一定深度至底部埋设若干个通透管，通透管管壁不透水但管内为透水材料，当砖内多孔实体内部水位超过通透管的上端高度时，水从通透管内部流入基层和下层土层，即该铺面砖有透水功能。铺面砖的截水功能能够降低城市地面径流量，减少城市内涝，同时截留于铺面砖内部的水分在热天蒸发，能够降低路面显热散失，缓解城市热岛效应。

Description

一种先截水后透水的铺面砖及其制备方法

技术领域

本发明涉及海绵城市、城市排水、城市热岛等技术领域，特别是一种先截水后透水的铺面砖及其制备方法。

背景技术

在城市化过程中，可储水也可透水的土层、草坪被铲除。取而代之以屋顶、沥青、混凝土石板材或水泥砖等的硬质不透水材料，导致雨水不能有效地储存于地表土层也不能渗入地下，增大地面径流量。地面径流和雨水只能通过星罗棋布的水沟、排水管、雨水管排入附近的河流、水池等。在强降雨时，河水上涨，地下水位上涨，城市地下水道系统和排水沟渠无法及时排掉强降雨形成的地面径流，导致城市洪涝。

近年来，透水混凝土铺路被广泛应用以缓解城市内涝。透水混凝土渗透速度快，可将落于透水铺面的雨水和来自其它地方的地面径流排入地下土层和地下水。但是由于土层的储水量有限，透水铺面快速排水导致地下潜水面快速上升，加速高处地下水向低处流，造成低处内涝。此外，透水铺面透水速度过快，不能将雨水截留于路面，以备热天蒸发冷却路面，因此透水铺面不能有效地减少城市热岛效应。

因此需要提供先储水后排水的铺面结构，使其具有(1)优先将地面径流和雨水截留于铺面，以备热天降低路面温度，同时减少降雨形成的地面径流，降低地下水位，(2)当截留于铺面内部的水分超过其预设储水量时，该铺面结构将水排入基层和地下土层，避免出现地面积水。开发此类结构，实为城市提供新型海绵体、为减少城市内涝、为降低城市热岛效应值得发展的一大课题。

发明内容

本发明主要解决的技术问题是提供一种先截水后透水的铺面砖及其制备方法，能够解决城市内涝的问题，降低城市热岛效应。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种先截水后透水的铺面砖，包括可储水的砖内多孔实体，五面密实不透水包围结构和管壁不透水的通透管，所述通透管预埋在可储水的砖内多孔实体内，砖内多孔实体外设有五面密实不透水包围结构。

所述的一种先截水后透水的铺面砖，其原料成分和重量配比为：

所述砖内多孔实体由透水混凝土制成，其原料成分和重量配比为：胶凝材料8-15重量份，5-10mm骨料45-75重量份，水2-4重量份，

所述五面密实不透水包围结构由密实混凝土制成，其原料成分和重量配比为：胶凝材料8-15重量份，1-2mm骨料20-25重量份，2-5mm骨料25-35重量份，水3-5重量份，

所述通透管内径10-80mm，壁厚0.5-4mm，长度20-100mm，其内填充与构件2类似的硬质透水材料或是留空让雨水通过。通透管上端距离砖上表面5-10mm，优选距离5mm。通透管下边面与砖下表面齐平。

所述砖内多孔实体优选原料成分和重量配比为：水泥10重量份，5-10mm骨料52重量份，水分3重量份。将骨料和胶凝材料进行搅拌，严格控制拌和材料的坍落度为0mm。

所述五面密实不透水包围结构优选原料成分和重量配比为：水泥10重量份，1-2mm骨料22重量份，2-5mm骨料30重量份，水分4重量份。

所述通透管的管壁不透水，优选通透管内径30mm，壁厚1mm，长度60mm，管内填充硬质透水材料。

所述通透管的管外设有波纹，以增强管和铺面砖内部的粘结力。

所述的一种先截水后透水的铺面砖的制备方法，包括如下步骤：

制作模型：

①制备一个具有一定长宽高的模具，同时准备通透管若干个，通透管长度小于模具的高度，当砖内部水位超过预埋通透管高度，水即从通透管内部流到基层和地下土层，实现先截水后透水的功能，通透管的具体长度根据所需截水量和砖的高度而定；

②准备一个内径稍小于模具的内框，其顶部和底部都开通，内框高度由砖的预定截水量决定，但其高度不得超过模具高度；

③将内框安放在模具内部，使内框外沿到外模具内边距离相等；

模具浇注及成形：

①制备单一级配水泥砂浆、密级配水泥砂浆两种；

②在内框注入单一级配水泥砂浆，注入高度与内框高度齐平；

③在内框与外框间注入密级配水泥砂浆，注入高度与内框高度齐平；

④在充满单一级配水泥砂浆的内框均匀地插入若干个通透管，使通透管一端与模具上表面(即砖底面)齐平。由于通透管长度小于模具高度，因此通透管的另一端距模具底部(即砖上表面)有一定距离；

⑤将通透管内部填满单一级配水泥砂浆；

⑥取出内框，并将模具余下部分填满密级配水泥砂浆；

⑦待胶凝材料硬化成型，脱模，倒置即可制得先截水后透水的铺面砖。

本发明的有益效果是：

1、能够先将雨水和地面径流收集于该铺面砖，减少城市排水设备的压力，减少强降雨对地下水的补给，降低铺面积水，降低城市内涝的风险。

2、在雨后热天，储存于路面的水分蒸发，降低路面温度从而减少路面显热排放，降低城市热岛效应。

附图说明

图1为本发明所述的先截水后透水铺面砖的结构示意图。

图2为本发明所述的先截水后透水铺面砖的砖内多孔实体示意图。

图3为本发明所述的先截水后透水铺面砖的五面密实不透水包围结构的示意图。

图4为本发明所述的先截水后透水铺面砖的通透管结构示意图。

图5透水砖和先截水后透水铺面砖的表面现场温度观测。

图6透水砖和先截水后透水铺面砖表面以下1cm处的温度变化。

具体实施方式

以下通过附图和实施例对本发明的技术方案作进一步描述。

如图1至图4所示，本发明所述的先截水后透水的铺面砖1，包括可储水的砖内多孔实体2、五面密实不透水包围结构3以及管壁不透水的通透管4。所述通透管4预埋在可储水的砖内多孔实体2内，砖内多孔实体2外设有五面密实不透水包围结构3。雨水和地面径流从砖顶部进入，先储存于可储水的砖内多孔实体2，当砖内部水位超过预埋通透管4的高度时，水即从通透管4内部流到基层和地下土层，实现先截水后透水的功能。

实施例1

本发明所述的先截水后透水的铺面砖1的制备方法，包括如下步骤：

制作模具

①制备一个具有一定长宽高的模具，同时准备通透管若干个，通透管长度小于模具的高度，具体长度根据所需截水量而定。

②准备一个内径稍小于模具的内框，其顶部和底部都开通，内框高度由砖的预定截水量决定，但其高度不得超过模具高度。

③将内框安放在模具内部，使内框外沿到外模具内边距离相等。

模具浇注及成形：

①制备单一级配水泥砂浆、密级配水泥砂浆两种。

②在内框注入单一级配水泥砂浆，注入高度与内框高度齐平。

③在内框与外框间注入密级配水泥砂浆，注入高度与内框高度齐平。

④在充满单一级配水泥砂浆的内框均匀地插入若干个通透管4，使通透管4一端与模具上表面(即砖底面)齐平。由于通透管4长度小于模具高度，因此通透管4的另一端距模具底部(即砖上表面)有一定距离；

⑤将通透管4内部填满单一级配水泥砂浆。

⑥取出内框，并将模具余下部分填满密级配水泥砂浆。

⑦待胶凝材料硬化成型，脱模，倒置即可制得先截水后透水的铺面砖1。

如图2所示，砖内多孔实体2由透水混凝土制成，其原料制配：胶凝材料8-15重量份，5-10mm骨料45-75重量份，水2-4重量份。优选的：水泥10重量份，5-10mm骨料52重量份，水分3重量份。按照本发明，所述的水泥为42.5级普通硅酸盐水泥，将骨料和胶凝材料进行搅拌，严格控制拌和材料的坍落度为0mm。

五面密实不透水包围结构3为密实混凝土，其原料配合比：胶凝材料8-15重量份，1-2mm骨料20-25重量份，2-5mm骨料25-35重量份，水3-5重量份。优选的：水泥10重量份，1-2mm骨料22重量份，2-5mm骨料30重量份，水分4重量份。按照本发明，所述的水泥为42.5级普通硅酸盐水泥。

通透管4内径10-80mm，壁厚0.5-4mm，长度20-100mm，通透管4距离砖上表面5-10mm。优选内径30mm，壁厚1mm，长度55mm，距离砖上表面5mm，其内填充与构件2一样的硬质透水材料。

本实例制备先截水后透水的铺面砖1样品一个，其长宽高分别为80cm×80cm×8cm。同时制备与构件2材料一样的透水混凝土样品一个，其尺寸也为80cm×80cm×8cm。为验证先截水后透水铺面砖1的降温效果，分别于透水砖、先截水后透水铺面砖1内部埋设热电耦，埋设的深度为距上表面1cm处，以备观测两种样品表面的温度，如图5所示。

透水砖、先截水后透水的铺面砖1样品的密度、截水率、透水率如表1所示。先截水后透水铺面砖1的透水率为1.59m/hr，约超过特大暴雨(0.2m/24hr)的降雨量10倍。因此，使用先截水后透水铺面砖1不会出现路面积水的现象。先截水后透水铺面砖1的截水率为10.20kg/m²，可截留约10mm的降雨量于砖内部，可减少城市径流，降低城市内涝；如果所截留于砖内部水量在5天内完成蒸发，其平均蒸发潜热流约为52W/m²(水的蒸发潜热为2257kJ/kg)，因此使用截水铺面砖1可降低路面温度，进而减缓城市热岛效应。透水砖、先截水后透水铺面砖的观测温度如图6所示，在没有补水的条件下，两类砖的近表面温度非常相近。在实验的第二天正午(2017-05-30)给两类砖补水后，补水量等于先截水后透水铺面砖1的截水量。结果表明：相比透水砖，补水后在一天之内先截水后透水铺面砖1能显著降低砖面温度3-6℃，如图6所示，甚至在晚上也有明显的降温效果，减少路面显热散失，在一定程度上减缓城市热岛效应。隔一天正午时期再次补水，其补水量等于先截水后透水铺面砖1截水量的30％。

表1透水、先截水后透水的铺面砖样品的密度、截水率、透水率。

工作原理：

铺设若干个先截水后透水的铺面砖1。降雨时，地面径流和雨水从砖上表面进入。由于该铺面砖为密实实体包围多孔实体，水分先储存于内部多孔实体2，当砖内水位超过预埋于砖内的通透管4的高度时，水从通透管4内流出，进入基层和土层，即该铺面砖有先截水后透水的效果。

与透水铺面不同，先截水后透水的铺面砖1将地面径流暂时就地截取，减少排入地下的水量，减少内涝，同时截取于砖内部水分在热天蒸发，降低路面显热散失，缓解城市热岛效应。蒸发自动排干砖内部水分，使先截水后透水铺面砖可截留下一场降雨的地面径流，实现可持续利用。

铺面砖的具体储水量、储水水位高度、尺寸、以及通透管4的布设形式与预期降雨量、地表径流量以及降雨周期和大小等因素共同决定。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构、等效流程变换、在适当删减或增加，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (8)

1.一种先截水后透水的铺面砖，其特征在于，包括可储水的砖内多孔实体，五面密实不透水包围结构和管壁不透水的通透管，所述通透管预埋在可储水的砖内多孔实体内，砖内多孔实体外设有五面密实不透水包围结构。

2.根据权利要求1所述的一种先截水后透水的铺面砖，其特征在于，其原料成分和重量配比为：

所述砖内多孔实体由透水混凝土制成，其原料成分和重量配比为：胶凝材料8-15重量份，5-10mm骨料45-75重量份，水2-4重量份，

所述五面密实不透水包围结构由密实混凝土制成，其原料成分和重量配比为：胶凝材料8-15重量份，1-2mm骨料20-25重量份，2-5mm骨料25-35重量份，水3-5重量份，

所述通透管内径10-80mm，壁厚0.5-4mm，长度20-100mm，通透管上端距离砖上表面5-10mm，通透管下端与砖下表面齐平。

3.根据权利要求1所述的一种先截水后透水的铺面砖，其特征在于，砖内多孔实体优选原料成分和重量配比为：水泥10重量份，5-10mm骨料52重量份，水分3重量份，将骨料和胶凝材料进行搅拌，严格控制拌和材料的坍落度为0mm。

4.根据权利要求1所述的一种先截水后透水的铺面砖，其特征在于，所述五面密实不透水包围结构优选原料成分和重量配比为：水泥10重量份，1-2mm骨料22重量份，2-5mm骨料30重量份，水分4重量份。

5.根据权利要求1所述的一种先截水后透水的铺面砖，其特征在于，所述优选通透管内径30mm，壁厚1mm，长度60mm。

6.根据权利要求1所述的一种先截水后透水的铺面砖，其特征在于，所述通透管的管壁不透水，通透管内填充硬质透水材料或是留空让雨水通过。

7.根据权利要求1所述的一种先截水后透水的铺面砖，其特征在于，所述通透管的管外设有波纹，以增强管和铺面砖内部的粘结力。

8.根据权利要求1所述的一种先截水后透水的铺面砖的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

制作模型：

①制备一个具有一定长宽高的模具，同时准备通透管若干个，通透管长度小于模具的高度，当砖内部水位超过预埋通透管高度，水即从通透管内部流到基层和地下土层，实现先截水后透水的功能，通透管的具体长度根据所需截水量和砖的高度而定；

②准备一个内径稍小于模具的内框，其顶部和底部都开通，内框高度由砖的预定截水量决定，但其高度不得超过模具高度；

③将内框安放在模具内部，使内框外沿到外模具内边距离相等；

模具浇注及成形：

①制备单一级配水泥砂浆、密级配水泥砂浆两种；

②在内框注入单一级配水泥砂浆，注入高度与内框高度齐平；

③在内框与外框间注入密级配水泥砂浆，注入高度与内框高度齐平；

④在充满单一级配水泥砂浆的内框均匀地插入若干个通透管，使通透管一端与模具上表面，即与砖底面齐平，由于通透管长度小于模具高度，因此通透管的另一端距模具底部，即砖上表面有一定距离；

⑤将通透管内部填满单一级配水泥砂浆；

⑥取出内框，并将模具余下部分填满密级配水泥砂浆；

⑦待胶凝材料硬化成型，脱模，倒置即可制得先截水后透水的铺面砖。